白糖，学名蔗糖，我国每年白糖消耗量超过1500万吨，进口量超过500万吨。蔗糖种植通常要12-14个月，而我国科学家研发的“二氧化碳制糖” 技术仅需17个小时，这项技术不仅颠覆了传统糖生产模式，更对人类可持续发展具有深远意义。

1.关键突破：从己糖到蔗糖的人工合成之路

这项技术突破主要由中国科学院天津工业生物技术研究所团队主导，相关成果已在国际权威期刊发表，标志着我国在人工碳水化合物合成领域跻身世界前列。

2023年：己糖人工合成成功

团队首次实现从二氧化碳 “从头合成” 己糖（含6个碳原子的单糖），相关成果于2023年8月发表在《Science Bulletin（科学通报）》。通过调配高浓度二氧化碳等原料，借助化学催化剂与酶催化剂的协同作用，反应17小时后成功生成葡萄糖、阿洛酮糖、塔格糖、甘露糖 4 种己糖，为后续复杂糖合成奠定基础。

2025年：蔗糖直接合成创举

2025年7月，团队进一步实现从二氧化碳直接合成蔗糖，成果同样发表于《Science Bulletin》，被外媒评价为 “改变世界的绿色魔法”。这项成果由跨团队协作完成：中国科学院大连化学物理研究所李灿院士团队先通过光伏电解水制氢，将二氧化碳催化转化为甲醇（能量转化效率达17%）；天津工生所团队接力构建体外生物转化系统，对自然界中分散于不同生物体的11种酶进行定向改造，最终通过 “甲醇→3-磷酸甘油醛→葡萄糖-6-磷酸→蔗糖” 的高效路径完成合成。

二氧化碳从头人工合成己糖

De novo artificial synthesis of hexoses fromcarbon dioxide

https://doi.org/10.1016/j.scib.2023.08.023

从低碳分子无细胞合成高阶碳水化合物

Cell-free synthesis of high-ordercarbohydrates from low-carbon molecules

https://doi.org/10.1016/j.scib.2025.04.069

2. 技术核心优势

效率高：2023年合成己糖时，碳转化率达到0.67克/升/小时，是自然界光合作用效率的10倍以上。2025年合成蔗糖时，产物浓度达14g/L，较2023年的单糖合成效率提升20倍，转化率达86%。

能耗低：合成蔗糖时，消耗能量仅为2ATP/蔗糖，而自然路径需要37ATP/蔗糖，比传统途径节能约85%。

可精准控制：通过工程化改造的酶蛋白分子，精准控制合成了葡萄糖、阿洛酮糖、塔格糖和甘露糖四种己糖，解决了糖分子立体结构可控的世纪难题。还可通过控制不同酶的不同催化效果，理论上合成几乎任一类型的糖。

▲体外转化非粮低碳原料合成蔗糖：从可再生的C1–3底物（如甲醇、甲醛和二羟基丙酮）生产高碳糖（如蔗糖、淀粉和纤维寡糖）的路线图。概述了研究的主要目标和方法，展示了从简单的低碳分子通过一系列酶促反应合成复杂碳水化合物的过程。图中标注了关键的中间产物（如磷酸二羟基丙酮、果糖-6-磷酸等）和最终产物（如蔗糖、淀粉和纤维寡糖）。

3. 应用前景

食品工业领域：人工合成的阿洛酮糖具有零热量、低升糖指数特性，市场价高达每吨20万元，是普通蔗糖的40倍；塔格糖则在糖尿病治疗中显示出独特优势。

医药领域：精准合成的糖分子是疫苗和抗癌药物的关键原料，我国科学家已能合成人参多糖、枸杞多糖等药用糖分子，成本仅为天然提取的1/3。

工业生物制造领域：工业生物制造领域每年消耗的葡萄糖原料超千万吨，若改用二氧化碳合成路线，可减少60%的粮食消耗。

环保领域：该技术每合成1吨糖可消耗1.6吨二氧化碳，相当于3辆家用汽车一年的排放量，有助于实现碳中和。